[发明专利]向固体废料燃烧炉中加入三次空气以控制NOx

说明书

相关申请的交叉引用

根据35U.S.C.§119(e)，本申请要求2006年12月22日提交的美国 临时专利申请No.60/876,573，和2007年4月24日提交的美国临时专利申 请No.60/907,956的优先权，并且涉及2007年10月4日提交的美国专利申 请No.11/905,809，通过引用的方式将这些专利申请的主题并入本申请中。

技术领域

本发明涉及通过加入三次空气并减少二次空气，而还原从废料能源转 化炉(waste-to-energy boiler)产生的NO_X排放物的方法。该方法的实施方式 也可以结合次级NO_X还原系统，例如使用氨或尿素的简单的选择性非催化 还原(SNCR)系统，以实现期望的高水平的NO_X还原。

背景技术

在城市废料燃烧器(MWC)中燃烧固体废料产生一定量的NO_X。NO_X是 一类无色无味但是具有高反应性的气体的总称，这些气体含有不同量的NO 和NO₂。MWC产生的NO_X量在一定程度上根据炉排(grate)和炉的设计而不 同，但是典型地在250-350ppm之间(在烟道气中干值为7％的O₂)。

NO_X的化学形成与氮气与氧气之间的反应直接相关。为了理解在MWC 中NO_X的形成，对燃烧器设计和操作的基本理解是有用的。MWC中的燃 烧空气系统典型地包括一次(也称作炉排下的)空气和二次(也称作炉排上的 或者过烧)空气。通过位于燃烧炉排下面的压力通风系统(plenums)供给一次 空气，并且使一次空气通过炉排以顺序地进行干燥(释出水)、脱去挥发成分 (释出挥发烃)，并烧尽废料床(将非挥发烃氧化)。典型地调节一次空气的量， 从而使在废料初始燃烧期间的过量空气最小化，同时将废料床中的含碳材 料的烧尽最大化。通过位于炉排上方的空气孔注入二次空气，并且二次空 气用于提供湍流混合和破坏从废料床产生的烃。用于典型MWC的总体过 量空气水平为约60-100％(化学计量(即理论量)的空气需求的160-200％)， 其中，一次空气典型地占空气总量的50-70％。

除了破坏有机物之外，该燃烧方法的一个目的是使形成的NO_X最小化。 在燃烧期间通过两个主要机理形成NO_X：燃料No_X，其来自存在于城市固 体废料(MSW)流中的有机结合的元素氮(N)的氧化；以及热NO_X，其来自大 气N₂的高温氧化。

更具体地说，通过MSW材料中有机结合的N与O₂的反应，在火焰 区中形成燃料NO_X。决定燃料NO_X形成速率的关键变量是在火焰区中O₂的可得性(availability)、燃料结合的N的量、以及含N材料的化学结构。燃 料NO_X反应可以在相对较低的温度(＜1,100℃(＜2,000°F))下发生。根据火焰 中O₂的可得性的不同，含N化合物会反应形成N₂或者NO_X。当O₂的可得 性较低时，N₂是主要反应产物。如果有大量的O₂可用，更大比例的燃料结 合的N转化成NO_X。

相反，通过在N₂与O₂基团之间的反应，在高温火焰区中形成热NO_X。 决定热NO_X形成速率的关键变量是温度、O₂和N₂的可得性、以及停留时 间。由于需要高的活化能，直到火焰温度达到1,100℃(2,000°F)，热NO_X的形成才变得显著。